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亚澳季风是全球季风系统中的一个重要组成部分,不仅联系了海洋与大气而且连接南北半球及热带与温带地区相互作用,在全球气候变化研究中占有重要的地位。本文通过地球系统模式MPI-ESM的多组1200年长时间积分模拟试验的结果,研究了亚澳季风区过去1200年的夏季降水和冬季温度的时空变化特征,分析了亚澳夏季风和冬季风的百年-千年尺度变化与年际-年代际变化存在的差异,探讨了历史时期冬夏季风变化之间的关系,揭示了影响亚澳季风百年-千年尺度变化的成因机制。
1、MPI-ESM模式的模拟性能检验
为了验证模式的气候模拟能力,将模拟的温度、降水、风场和气压场资料与再分析资料和重建资料进行了对比。结果表明,MPI-ESM模式成功地模拟了现代气候场的空间分布以及历史时期温度和降水的主要变化特征。
2、过去1200年亚澳季风区夏季降水的时空变化特征
在时间变化上,亚澳季风区及其子季风区的夏季风具有明显的减弱趋势,在显著的亚千年尺度变化上叠加有百年及多年代际时间尺度的周期变化。东亚夏季风分别与印度夏季风和西北太平洋夏季风有显著的同相位变化关系,而西北太平洋夏季风和印度夏季风之间相关不显著。不同区域的季风降水变化与北半球中纬度海温的变化、欧亚大陆和太平洋的海陆热力差异、东南太平洋和印度洋的海平面气压差、西北太平洋副高和澳大利亚低压有密切联系。
在空间分布上,亚澳夏季风降水EOF分解的百年-千年尺度第一模态为全区一致分布,第二模态体现了海洋与陆地反相的分布,第三模态体现了北澳和西北太平洋地区与东亚和印度地区反相的分布,与EOF分解的年际-年代际降水变化的空间分布模态具有较大的差异。各子季风区百年-千年尺度和年际-年代际尺度的空间分布模态明显不同。
3、过去1200年亚澳季风区冬季温度的时空变化特征
在时间变化上,亚澳及其子季风区冬季温度具有比较一致的变化特征,均体现了中世纪暖期、小冰期和现代暖期三个阶段的变化。周期分析显示各季风区的冬季温度均在显著的亚千年尺度变化上叠加百年尺度和多年代际变化。亚洲冬季风受陆地高压和海洋低压的共同影响,北澳冬季风与澳大利亚高压的关系密切。
在空间变化上,亚澳季风区冬季温度EOF分解的百年-千年尺度第一模态为全区一致分布,第二模态为东亚季风区和其它区域反相分布,第三模态主要体现了北澳地区与亚洲大部分地区反相的分布。与年际-年代际变化的差异主要表现在第二和第三模态上。各子季风区百年-千年尺度和年际-年代际尺度的空间分布模态的差异也表现在第二和第三模态上。
对亚澳冬、夏季风指数在百年-千年尺度上的相关关系的分析表明,亚澳冬、夏季风在20世纪之前以反相变化为主,在现代同相位变化。亚洲季风区冬、夏季风反相变化显著,北澳季风区冬、夏季风反相变化不显著。在亚洲季风子系统中,东亚冬、夏季风显著反相变化,西北太平洋冬、夏季风的反相变化也较为明显,印度冬、夏季风大部分时期呈同相位变化。
4、典型气候特征时期亚澳季风的变化
在各气候特征时期(中世纪暖期、小冰期和现代暖期),各季风区的夏季降水(冬季温度)均表现出基本一致的变化特征,它们在特征气候鼎盛时期的空间距平变化与同期环流场有较好的对应关系。
冬季温度EOF分解的空间分布型在不同气候特征时期存在一定的差异,但总体比较一致。夏季降水EOF分解的空间分布型在暖期相似,在小冰期时第二和第三模态与暖期相比差异较大。
在各气候特征时期的年际-年代际尺度上,亚澳季风区、亚洲季风区和印度季风区的冬、夏季风指数均为同相位变化,北澳季风区冬、夏季风指数反相位变化,东亚季风区和西北太平洋季风区冬、夏季风指数之间相关关系不显著。
5、外强迫因子对亚澳冬、夏季风的影响
太阳辐射是影响亚澳冬、夏季风变化的主要因子,太阳辐射增强(减弱),降水/温度都有不同程度的增加(减少)/升温(降温)。火山活动的爆发使亚澳地区夏季降水减少、冬季温度降低,影响最显著的区域位于赤道太平洋地区。土地利用/覆被的改变使现代亚澳季风区降水显著减少,夏季风减弱;土地利用/覆被的改变对冬季的增温效应不如对夏季降水的影响显著。温室气体含量的增加使夏季降水增多而冬季温度升高,对温度的影响程度高于降水。